NL7905300A

NL7905300A - BRAKE LINING MATERIAL.

Info

Publication number: NL7905300A
Application number: NL7905300A
Authority: NL
Original assignee: Toho Beslon Co
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1980-01-09
Also published as: JPS559659A; JPS594456B2

Description

' * TOHO BESLON CO., LTD., Tokio, Japan NISSHIN SPINNING CO. LTD., Tokio, Japan.* TOHO BESLON CO., LTD., Tokyo, Japan NISSHIN SPINNING CO. LTD., Tokyo, Japan.

Remvoeringsmateriaal.Brake lining material.

De uitvinding heeft betrekking op een remvoeringsmateriaal met uitstekende remeigenschappen, dat een bindmiddel en vooraf geoxydeerde vezels bevat, afgeleid van acrylvezels, als het basis vezelbestanddeel of een mengsel daarvan met koolstofvezels.The invention relates to a brake lining material with excellent braking properties, which contains a binder and pre-oxidized fibers derived from acrylic fibers, as the basic fiber component or a mixture thereof with carbon fibers.

5 De meeste automobielremvoeringsmaterialen van conventioneel type gebruiken asbest als basis. Er is echter een sterke behoefte aan een alternatief voor asbest, omdat het stof daarvan geïdentificeerd is als een van de factoren, die longkanker kunnen veroorzaken.5 Most conventional type automotive brake lining materials use asbestos as a base. However, there is a strong need for an alternative to asbestos because its dust has been identified as one of the factors that can cause lung cancer.

Eisen voor een goed remvoeringsmateriaal zijn een redelijk 10 hoge wrijvingscoefficient, slijtbestandheid en bestandheid tegen fading.Requirements for a good brake lining material are a reasonably high coefficient of friction, wear resistance and fade resistance.

Als resultaat van verschillende studies over de eigenschappen van vooraf geoxydeerde vezels, afgeleid van een acrylvezel en koolstofvezels werd gevonden, dat een remvoeringsmateriaal, dat vooraf geoxydeerde 15 vezels bevat of een mengsel daarvan met koolstofvezels, asbest kan vervangen en dat het verkregen voeringsmateriaal een betrekkelijk hoge wrijvingscoefficient heeft alsook een goede slijtweerstand en bestandheid tegen fading. Koolstofvezels alleen geven niet een dergelijk hoge wrij vings coef f i cient.As a result of several studies on the properties of pre-oxidized fibers derived from an acrylic fiber and carbon fibers, it has been found that a brake lining material containing pre-oxidized fibers or a mixture thereof with carbon fibers can replace asbestos and that the resulting lining material has a relatively high friction coefficient as well as good wear resistance and fade resistance. Carbon fibers alone do not give such a high coefficient of friction.

20 Naast het hiervoor beschreven vezelige basismateriaal bevat het remvoeringsmateriaal volgens de uitvinding een bindmidielhars, die bestaat uit een fenolische hars, een epoxyhars, een polyimidehars, een rubber, enz., waarvan voor praktische toepassing een fenolische hars de meeste aanbeveling verdient. De remvoering kan ook een toevoeging 25 bevatten, bijvoorbeeld een metaalpoeder of anorganisch materiaal in poedervorm voor verbeteren van de remeigenschappen, evenals wordt toegepast in gebruikelijke asbest remvoeringsmaterialen. Desgewenst kan het voeringsmateriaal verder organische vezels bevatten, bijvoorbeeld 79053 00 4r 2 glasvezels of staalwol, of fenol-formaldehydeharsvezels, voor modificeren van de remeigenschappen.In addition to the fibrous base material described above, the brake lining material according to the invention contains a bonding resin, which consists of a phenolic resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a rubber, etc., of which a phenolic resin is most recommended for practical application. The brake lining may also contain an additive, for example, a metal powder or powdered inorganic material for improving the braking properties, as well as being used in conventional asbestos brake lining materials. If desired, the lining material may further contain organic fibers, for example 79053 00 4r 2 glass fibers or steel wool, or phenol-formaldehyde resin fibers, for modifying the braking properties.

De vooraf geoxydeerde vezel, afgeleid van een acrylvezel, in deze uitvinding wordt bereid door vooraf oxyderen van een acryl-5 vezel, die tenminste ongeveer 85 gew.% acrylonitrile bevat, bij een temperatuur van ongeveer 200 tot 400°C in een oxyderende atmosfeer, bijvoorbeeld lucht. Het Amerikaanse octrooischrift 4,069.297 beschrijft een typisch proces voor de oxydatie vooraf van een acrylvezel.The pre-oxidized fiber, derived from an acrylic fiber, in this invention is prepared by pre-oxidizing an acrylic-5 fiber, containing at least about 85 wt% acrylonitrile, at a temperature of about 200 to 400 ° C in an oxidizing atmosphere, for example air. U.S. Patent 4,069,297 describes a typical process for the pre-oxidation of an acrylic fiber.

De in de uitvinding toegepaste vooraf geoxydeerde vezel 10 bevat tenminste ongeveer 5 gew.% gebonden zuurstof. Lagere zuurstof gehalten geven een vezel, die niet voldoende warmtebestendig is voor toepassing als een effectief remvoeringsmateriaal. De bovengrens van het gebonden zuurstofgehalte is ongeveer 15 gew.%, waarboven de vezel te bros wordt om bruikbaar te zijn als een materiaal voor remvoeringen.The pre-oxidized fiber 10 used in the invention contains at least about 5% by weight of bound oxygen. Lower oxygen levels give a fiber which is not sufficiently heat resistant for use as an effective brake lining material. The upper limit of the bound oxygen content is about 15% by weight, above which the fiber becomes too brittle to be useful as a material for brake linings.

15 De koolstofvezel, die in de uitvinding wordt toegepast in combinatie met de vooraf geoxydeerde vezel, kan worden bereid door carboniseren van de vooraf geoxydeerde vezel bij een temperatuur boven ongeveer 6Ö0°C in een niet oxyderende atmosfeer, bijvoorbeeld stikstof en argon, totdat ze is omgezet in koolstof of verder in grafiet.The carbon fiber used in the invention in combination with the pre-oxidized fiber can be prepared by carbonizing the pre-oxidized fiber at a temperature above about 60 ° C in a non-oxidizing atmosphere, for example nitrogen and argon, until it is converted to carbon or further to graphite.

20 Tabel A vermeldt de gegevens, die zijn verkregen in een proef, waarin het effect van de temperatuur op de wrijvingscoefficient en de slijtage van het remvoeringsmateriaal volgens de uitvinding wordt vergeleken met een conventieel, op asbest gebaseerd bekledingsmateriaal.Table A lists the data obtained in a test comparing the effect of temperature on the coefficient of friction and wear of the brake lining material according to the invention with a conventional asbestos-based coating material.

De in de proef toegepaste vooraf geoxydeerde vezel bevatte 9,5 gew.% 25 gebonden zuurstof en was bereid door oxyderen van een acrylvezel (een copolymeer van 97% acrylonitrile en 3% methylacrylaat) bij 260°C gedurende 2 uren in lucht, op dezelfde wijze als beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.069.297.The pre-oxidized fiber used in the test contained 9.5% by weight of bound oxygen and was prepared by oxidizing an acrylic fiber (a copolymer of 97% acrylonitrile and 3% methyl acrylate) at 260 ° C for 2 hours in air, at the same as described in U.S. Pat. No. 4,069,297.

Tabel ATable A

30 Monster Samenstelling (gew.%) Wrijvingscoefficient Slijtage (cm./kg.m)30 Sample Composition (wt%) Coefficient of Friction Wear (cm./kg.m)

No. Asbest vooraf geoxy- 200°C 250°C 300°C xlO ^_No. Asbestos pre-oxy- 200 ° C 250 ° C 300 ° C xlO ^ _

deerde vezel__ _____ _ 200°C 250°C 300°Cthird fiber__ _____ _ 200 ° C 250 ° C 300 ° C

1 50 0 0,21 0,24 0,26 2,4 3,7 4,7 2 0 50 0,40 0,41 0,39 1,5 1,8 2,4 35 790 53 00 * 31 50 0 0.21 0.24 0.26 2.4 3.7 4.7 2 0 50 0.40 0.41 0.39 1.5 1.8 2.4 35 790 53 00 * 3

Opmerking: Beide monsters bevatten 20 gew.% fenol-formaldehydehars en 30 gew.% calciumcarbonaat en waren gevormd door een droog proces.Note: Both samples contained 20 wt% phenol-formaldehyde resin and 30 wt% calcium carbonate and were formed by a dry process.

Uit tabel A blijkt, dat het remvoeringsmateriaal (no. 2) volgens 5 de uitvinding een hogere wrijvingscoefficient heeft dan het op asbest gebaseerde voeringsmateriaal (no. 1). Bovendien vertoont het voerings-materiaal no. 2 minder slijtage dan het voeringsmateriaal no. 1 bij hoge temperaturen.Table A shows that the brake lining material (no. 2) according to the invention has a higher coefficient of friction than the asbestos-based lining material (no. 1). In addition, the No. 2 liner material exhibits less wear than the No. 1 liner material at high temperatures.

Een mengsel van de vooraf geoxydeerde vezel en koolstofvezel 10 kan ook worden gebruikt als de basis van het remvoeringsmateriaal volgens * de # de uitvinding. Een geprefereerde verhouding van;twee vezels is ongeveer 50-98 gew.% vooraf geoxydeerde vezel en ongeveer 2-50 gew.% koolstofvezel, gebaseerd op de gecombineerde hoeveelheden van deze twee vezels. De functie van de koolstof vezels is het verbeteren van de s lij tweers tand 15 en de hittebestandheid. Een dergelijke functie wordt niet volledig verkregen, wanneer het koolstof vezelgehalte kleiner is dan ongeveer 2 gew.%. Toepassen van meer dan 50 gew.% koolstofvezel gaat niet gepaard met een corresponderende stijging in het effect van de vezel. Bovendien resulteert een hoger koolstof-vezelgehalte in hoge kosten 20 (koolstofvezel is veel duurder dan de vooraf geoxydeerde vezel) en een lagere wrijvingscoefficient.A mixture of the pre-oxidized fiber and carbon fiber 10 can also be used as the basis of the brake lining material according to the invention. A preferred ratio of two fibers is about 50-98% by weight of pre-oxidized fiber and about 2-50% by weight of carbon fiber based on the combined amounts of these two fibers. The function of the carbon fibers is to improve the slide tweers 15 and the heat resistance. Such a function is not fully achieved when the carbon fiber content is less than about 2% by weight. The use of more than 50% by weight of carbon fiber is not accompanied by a corresponding increase in the effect of the fiber. In addition, a higher carbon fiber content results in high costs (carbon fiber is much more expensive than the pre-oxidized fiber) and a lower coefficient of friction.

Tabel B geeft gegevens, die typisch verkregen zijn in een proef, waarin het remvoeringsmateriaal volgens de uitvinding is vergeleken met het op asbest gebaseerde voeringsmateriaal, wat betreft 25 de wrijvingscoefficient en de slijtage bij 250°C. De in de proef toegepaste vooraf geoxydeerde vezel was bereid door oxyderen van acrylvezel (97% acrylonitrile en 3% methylacrylaat) gedurende 2 uren bij 265°C in lucht. De koolstofvezel was bereid door carboniseren van de vooraf geoxydeerde vezel bij 1250°C gedurende 5 minuten onder 30 een stikstofatmosfeer.Table B gives data typically obtained in a test comparing the brake lining material of the invention with the asbestos-based lining material in terms of the friction coefficient and wear at 250 ° C. The pre-oxidized fiber used in the experiment was prepared by oxidizing acrylic fiber (97% acrylonitrile and 3% methyl acrylate) for 2 hours at 265 ° C in air. The carbon fiber was prepared by carbonizing the pre-oxidized fiber at 1250 ° C for 5 minutes under a nitrogen atmosphere.

790 53 00 ή.790 53 00 ή.

4 θ bfl4 θ bfl

Ai co o g o O r*. r* i"* r*» r·* r-»Ai co o g o O r *. r * i "* r *» r · * r- »

LH I I I I I ILH I I I I I I

csl (UOOOOOOcsl (UOOOOOO

(JU m η η n ra ra •0 4·»*'***** •i-l -1-1 φ.ι-ir^coLoc^ooo r~j r—[ * * ft n r *(JU m η η n ra ra • 0 4 · »* '***** • i-l -1-1 φ.ι-ir ^ coLoc ^ ooo r ~ j r— [* * ft n r *

rHCOCO-rr-rrOOrHCOCO-rr-rrOO

0) CO0) CO

ö Mö M

CO CC) 4-> Ai cu ö ω 4-1 (U T3 Ö ·Η >> CÖ O Ai 4-1 -rl 0) CO CH Ό Ö >4-1 O CU Cd o o p υ δCO CC) 4-> Ai cu ö ω 4-1 (U T3 Ö · Η >> CÖ O Ai 4-1 -rl 0) CO CH Ό Ö> 4-1 O CU Cd o o p υ δ

•I—) CO O• I—) CO O

•i-i bo hh• i-i bo hh

Ai ö IAi ö I

•rl rH• rl rH

MH > OMH> O

cut-i-s·—·σ\Γ^νο<τ\ Scut-i-s - - σ \ Γ ^ νο <τ \ S

o-HiN-crcncncoiN cu η η ι\ n rt n <4^o-HiN-crcncncoiN cu η η ι \ n rt n <4 ^

FMlSOOOOOOFMlSOOOOOO

6·« 4-> rH · Cd 0) J3 co N CU Ö CU bQ o > -p6 · «4-> rH · Cd 0) J3 co N CU Ö CU bQ o> -p

PQ *4H OHPQ * 4H OH

O <N CÖ rH +J ÜO <N CÖ rH + J Ü

cu co cu Scu co cu S

,Ο rH +J 3 ei O 4-1 ·Η H O O O O cd u, Ο rH + J 3 egg O 4-1 · Η H O O O O cd u

tóOr-m — INCn >rHtoor-m - INCn> rH

<U cd rH Al o<U cd rH Al o

CUCU

N M &«N M & «

cu CUcu CU

j> JJ &j> JJ &

CO CUCO CU

CU Ö bOCU Ö bO

-d O-d O

m So <U co <U Ai TU rH öm So <U co <U Ai TU rH ö

6-S gp W CU6-S gp W CU

[3 0 ··[3 0 ··

CU CU bOCU CU bO

bO 00 Ö w ·Η UH Ai eo cd Jh CM gbO 00 Ö w · Η UH Ai eo cd Jh CM g

•rl o S• rl o S

rH o cnmooo eurH o cnmooo eu

H>0<f<f'iWN OH> 0 <f <f'iWN O

cUcU

4-1 CO 4-14-1 CO 4-1

ti COti CO

CU <UCU <U

S A> cd coooooooS A> cd cooooooo

W <1 lOW <1 10

Sh cu s g o S!Z — cn co -i m A> 790 5 3 00Sh cu s g o S! Z - cn co -i m A> 790 5 3 00

Vr 5 'ftFr 5 'ft

De wrijvingsproef werd uitgevoerd volgens JIS-4411. De wrijvingscoefficient is uitgedrukt als een kinetische waarde.The friction test was performed according to JIS-4411. The coefficient of friction is expressed as a kinetic value.

Uit tabel B blijkt, dat de vier monsters van het remvoerings-materiaal volgens de uitvinding (nos. 2-5) meer effectief waren dan 5 het op asbest gebaseerde voeringsmateriaal (no. 1), totdat ze een hoger wrijvingscoefficient hadden plus een significant hoge slijtweer-stand bij hoge temperatuur. Uit proef no. 6 blijkt, dat te veel koolstof resulteert in een lage wrijvingscoefficient.Table B shows that the four samples of the brake lining material of the invention (nos. 2-5) were more effective than the asbestos-based lining material (no. 1) until they had a higher coefficient of friction plus a significantly high wear resistance at high temperature. Test No. 6 shows that too much carbon results in a low coefficient of friction.

De in de uitvinding toegepaste koolstofvezel is niet beperkt 10' tot een koolstofvezel, afgeleid van een acrylvezel, en ook een koolstof vezel, afgeleid van rayon of pek kan worden gebruikt. De vooraf ge-oxydeerde vezel en de koolstofvezel, die het remkussen of het voeringsmateriaal volgens de uitvinding vormen, kunnen worden gevormd door droog mengen van minder dan 10 mm lange vezels met een hars of een 15 geschikte toevoeging, of anderzijds door impregneren van de vezel in een geweven vorm of vilt met een hars, voordat ze wordt gevormd.The carbon fiber used in the invention is not limited 10 'to a carbon fiber derived from an acrylic fiber, and a carbon fiber derived from rayon or pitch can also be used. The pre-oxidized fiber and the carbon fiber, which form the brake pad or lining material of the invention, may be formed by dry blending fibers less than 10 mm long with a resin or a suitable additive, or alternatively by impregnating the fiber in a woven form or felt with a resin before it is formed.

De uitvinding zal hierna meer gedetailleerd worden beschreven aan de hand van de volgende voorbeelden, die uitsluitend ter toelichting zijn gegeven en die niet zijn bedoeld om de uitvinding te beperken.The invention will be described in more detail below by the following examples, which are given for illustrative purposes only and are not intended to limit the invention.

20 In de uitvinding zal alle delen en percentages gew.delen en gew.In the invention, all parts and percentages by weight and wt.

percentages.percentages.

Voorbeeld IExample I

Een touw van acrylvezel filamenten, die bestaan uit 98% acrylonitrile en 2% acrylamide (denier van het monofilament: 1,5 25 denier, aantal filamenten: 260.000) werd vooraf geoxydeerd bij 270°CA rope of acrylic fiber filaments, consisting of 98% acrylonitrile and 2% acrylamide (denier of the monofilament: 1.5 denier, number of filaments: 260,000) was pre-oxidized at 270 ° C

in lucht gedurende 1,5 uur, op de wijze van het Amerikaanse octrooi-schrift 4.069.297, waarbij tijdens de oxydatie vooraf de krimp van het touw 18% was. De verkregen vooraf geoxydeerde vezel bevatte 11 gew.% gebonden zuurstof. De vezel-sterkte was 3,6 g/d en de rek tot 30 breuk was 9%. De vooraf geoxydeerde vezel werd gesneden tot een lengte van 3 mm en gemengd met fenol-formaldehydehars en calciumcarbonaat als vulstof in een Henschel menger in de hierna vermelde hoeveelheden: MenghoeveeIhedenin air for 1.5 hours, in the manner of U.S. Pat. No. 4,069,297, wherein the pre-oxidation of the rope shrinkage was 18%. The pre-oxidized fiber obtained contained 11% by weight of bound oxygen. Fiber strength was 3.6 g / d and elongation to break was 9%. The pre-oxidized fiber was cut to a length of 3 mm and mixed with phenol-formaldehyde resin and calcium carbonate as a filler in a Henschel mixer in the following amounts: Mixing Amounts

Vooraf geoxydeerde vezel 55 delen 35 Fenol-formaldehydehars 20 delenPreoxidized fiber 55 parts 35 Phenol formaldehyde resin 20 parts

Calciumcarbonaat 25 delen 7905300 “ί 6Calcium Carbonate 25 Parts 7905300 ”6

Daarna werd het mengsel bij een temperatuur van 170°C onder 2 een druk van 160 kg/cm gevormd ter vorming van een kussenmateriaal voor een autoremschijf.Then, the mixture was formed at a temperature of 170 ° C under 2 with a pressure of 160 kg / cm to form a cushion material for a car brake disc.

Het kussenmateriaal werd onderworpen aan een wrijvingsproef 5 bij constante snelheid volgens JIS-D4411. De coefficient van kinetische wrijving en slijtage bij 250°C waren 0,39 en 1,9 x 10 cm /kg.m. Evalueren van de remeigenschappen van het kussenmateriaal onder toepassing van een remdynamometer wees op een bestandheid tegen fading, die vergelijkbaar is met die van een conventioneel op asbest gebaseerd 10 kussen, alsook een lagere slijtage dan de laatste.The cushion material was subjected to a constant speed friction test according to JIS-D4411. The coefficient of kinetic friction and wear at 250 ° C were 0.39 and 1.9 x 10 cm / kg.m. Evaluation of the braking properties of the pad material using a braking dynamometer indicated a fade resistance comparable to that of a conventional asbestos-based pad, as well as lower wear than the latter.

Voorbeeld IIExample II

Een streng van acrylvezel, die bestaat uit 97% acrylonitrile en 3% methylacrylaat bestanddelen (met een monofilamentdenier 2,Q en 24.000 filamenten) werd vooraf continu geoxydeerd gedurende 30 minuten 15 bij 260°C en vervolgens 30 minuten bij 275°C in lucht. De krimp van de streng was 15% tijdens de oxydatie vooraf. De verkregen vooraf ge-oxydeerde vezel bevatte 9,5% gebonden zuurstof. De vezelsterkte was 3,8 g/d. De aldus gevormde vooraf geoxydeerde vezel en "Besfight" (de handelsnaam van koolstofvezel, vervaardigd door Toho BesIon Co., Ltd.: 20 het toegepaste produkt had 24.000 filamenten met een vezelsterkte van 310 kg/mm en een vezelmodulus van 24,1 ton/mm ) werden gesneden tot een lengte van 2 mm en gemengd met een fenol-formaldehydehars en calciumcarbonaat in een Henschel menger in de hierna vermelde hoeveelheden.An acrylic fiber strand consisting of 97% acrylonitrile and 3% methyl acrylate components (with a monofilament denier 2, Q and 24,000 filaments) was pre-oxidized continuously at 260 ° C for 30 minutes and then at 275 ° C in air for 30 minutes. Shrinkage of the strand was 15% during pre-oxidation. The pre-oxidized fiber obtained contained 9.5% bound oxygen. The fiber strength was 3.8 g / d. The prefoxidized fiber thus formed and "Besfight" (the trade name of carbon fiber, manufactured by Toho Besion Co., Ltd .: The product used had 24,000 filaments with a fiber strength of 310 kg / mm and a fiber modulus of 24.1 tons / mm) were cut to a length of 2 mm and mixed with a phenol-formaldehyde resin and calcium carbonate in a Henschel mixer in the amounts listed below.

25 Menghoeveelheden25 Mixing quantities

Vooraf geoxydeerde vezel 44 delenPre-oxidized fiber 44 parts

Koolstofvezel 6 delenCarbon fiber 6 parts

Fenol-formaldehydehars 20 delenPhenol-formaldehyde resin 20 parts

Calciumcarbonaat 30 delen 30 Het aldus bereide mengsel werd gevormd bij een temperatuur o *2, van 170 C onder een druk van 150 kg/cm ter vorming van een kussenmateriaal voor een autoremschijf.Calcium carbonate 30 parts 30 The mixture thus prepared was formed at a temperature o * 2 of 170 ° C under a pressure of 150 kg / cm to form a cushion material for a car brake disc.

Het kussenmateriaal werd onderworpen aan een wrijvingsproef bij constante snelheid volgens JIS-D4411. De resultaten waren een 35 coefficient van kinetische wrijving en slijtage bij 250°C van 79053 00The cushion material was subjected to a constant speed friction test according to JIS-D4411. The results were a coefficient of kinetic friction and wear at 250 ° C of 7905300

Claims

Brake pad or lining material, characterized in that it contains a binder and a pre-oxidized fiber derived from acrylic fibers and at least 5% bound oxygen.

Brake pad or lining material according to claim 1, characterized in that the bound oxygen content of the pre-oxidized fiber is 5-15% by weight.

Brake lining or lining material according to claim 1, 15, characterized in that it also contains a carbon fiber.

Brake pad or lining material according to claim 3, characterized in that 50-98% by weight of the pre-oxidized fiber and 2-5% by weight of carbon fiber are present as fiber component.

Brake pad or lining material according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that a phenol-formaldehyde resin is used as a binder.

Brake pad or lining material according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that it also contains glass fibers.

Brake pad or lining material according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that it also contains steel wool.

Brake pad or lining material according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that it also contains phenol-formaldehyde resin fibers.

9. Brake pad or lining material, substantially as described in the description and / or illustrated in the examples. 790 53 00 ~ L & Improvement of errata in the description associated with patent application no. 79-05300 proposed by Applicant dd. h SEP. 1979 In claim 4 on line 19: replace "2 - 5 wt.%" By "2 - 50 wt.%". See page 3, line 12 of the description. W / RR 7905300